張彥

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

鄭州市北三環(huán)跨東運河橋主橋設計

張彥

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

介紹鄭州市鄭東新區(qū)北三環(huán)跨東運河橋主橋的結(jié)構(gòu)設計概況和特點，重點介紹了主橋的總體布置，主塔、主梁、拉索等的結(jié)構(gòu)設計，并介紹了該橋在處理特殊的外部條件時采取的一些對應措施或特殊設計。

斜拉橋；獨塔；非對稱；結(jié)構(gòu)設計

1　工程概況

鄭州市鄭東新區(qū)北三環(huán)道路及隧道工程為鄭東新區(qū)龍湖地區(qū)的重要通道。其主車道全寬30 m，在與相交道路、跨河跨渠等交通節(jié)點處，通過下穿隧道貫通。輔道及人行道則通過橋梁結(jié)構(gòu)實現(xiàn)沿線規(guī)劃河道的跨越。其中規(guī)劃的東運河位于龍湖水系東南側(cè)，河道在橋位處水面寬度192～150 m變寬。

東運河所處龍湖區(qū)，規(guī)劃常水位85.5 m，主要滿足小型旅游觀光游船、及警務巡視船的通行要求，通航凈空為40×3.5 m。地下水位標高78 m左右，埋深較淺，且地表有一層較厚（25 m左右）的中砂透水層，為基礎的設計及施工帶來一定難度。

北三環(huán)跨東運河橋（下文簡稱東運河橋）前期方案設計階段經(jīng)過多輪比選，最終選定為獨塔非對稱混凝土斜拉橋方案。索塔造型靈感來源于古代布幣，與龍湖CBD的金融區(qū)規(guī)劃地位相呼應。

2　主要技術(shù)標準

道路等級：北三環(huán)輔道為城市I級主干路，行車速度為60 km/h；設計荷載：城-A級，人群荷載按《城市橋梁設計規(guī)范》取用［1，2］；主橋橋梁寬度：左幅寬29.5 m（其中索塔區(qū)布置于主梁兩側(cè)，各2.5 m寬，右幅同），右幅寬27m，左右幅間設29 m的中分帶（地下為北三環(huán)主車道的隧道結(jié)構(gòu)）；設計基準期為100 a，設計安全等級為一級。

本項目所處地區(qū)地震基本烈度為VII度，地震動峰值加速度0.15 g。

3　結(jié)構(gòu)設計

3.1總體布置

東運河主橋采用獨塔混凝土斜拉橋，左幅跨徑組合為80 m+112 m=192 m，不對稱布置，右幅跨徑關于左幅主跨跨徑中心線反對稱，見圖1。

圖1　總體布置圖（左幅）（單位：m）

左幅橋?qū)挒椋?.5 m（索區(qū)）+4.5 m（人行道）+7 m（自行車專用道）+0.5 m（防撞墻）+12 m（車行道）+ 0.5 m（防撞墻）+2.5 m（索區(qū)）=29.5 m，見圖2。右幅非機動車道為4.5 m，寬因此橋?qū)?7 m，車道布置與左幅對稱。

考慮經(jīng)濟性、抗震性，減少結(jié)構(gòu)自重，降低結(jié)構(gòu)的地震反應，方便施工等因素，采用預應力混凝土雙箱單室主梁結(jié)構(gòu)形式，邊中跨比為0.714，主梁高跨比為1∶40。斜拉索采用平面扇形布置，提高了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)自振頻率和扭彎頻率比，為主梁的穩(wěn)定性提供較好的基礎，其在主梁上的標準間距為6 m，尾索區(qū)為3 m。

從提高抗震性能、增強主梁抗扭性能及景觀效應的角度出發(fā)，結(jié)構(gòu)采用塔梁墩固結(jié)的支承體系。同時，為了滿足抗震需要，梁端各設兩個摩擦擺間隔震支座，以提高結(jié)構(gòu)的抗震。

圖2　道路布置標準斷面（左幅）（單位：m）

3.2主梁

主梁沿縱橋向等高2.8 m；箱梁標準斷面頂板厚0.30 m，底板厚0.35 m；邊腹板斜度為1:1.614，厚0.3 m，中腹板厚0.45 m，斜拉索錨固于箱梁懸臂板下緣，見圖3見圖4。

由于兩箱間距離較大，主梁除支點處設橫梁外，兩箱間設置斜拉索橫梁，中跨間距6 m，邊跨3～6 m，厚度0.4 m。塔梁墩固結(jié)，固結(jié)處橫梁厚7.5 m。

箱梁設縱、橫雙向預應力，其中縱向預應力鋼束采用 12-φs15.2、9-φs15.2、7-φs15.2、4-φs15.2預應力鋼絞線群錨體系；橫梁采用19-φs15.2、9-φs15.2預應力鋼絞線深埋群錨體系。

3.3主塔

主塔承臺以上總高65.5 m，橋面以上高51.96 m（含塔冠）；塔身截面順橋向長11.6～7.5 m，橋面以上橫向?qū)?.8 m，橋面以下縱橋向?qū)?.5 m，見圖5、圖6。

由于造型及規(guī)劃道路的限制，塔身尺寸不夠安裝錨梁或錨箱，設計采用鞍座系統(tǒng)來解決斜拉索塔上錨固的問題。斜拉索通過鞍座將力傳至塔身，塔內(nèi)鞍座采用分絲管形式，每根分絲管穿一根鋼絞線。在斜拉索單側(cè)出口處設雙向抗滑錨板，從上至下間隔布置在索塔兩側(cè)，以防止運營階段鋼絞線的滑動。

結(jié)構(gòu)塔梁墩固結(jié)，下塔柱（橋墩）為帶凹槽墻式墩基礎，縱橋向?qū)挾?.5 m，內(nèi)設橫向預應力鋼束。

3.4斜拉索

斜拉索采用扇形雙索面，橫橋向?qū)ΨQ布置在索區(qū)里，索面間距為26.8 m。斜拉索錨固于主梁懸臂下方。斜拉索在梁上索距為3～6 m；塔上索距1.25 m布置。每個索面布置16對斜拉索。

斜拉索采用防腐性能優(yōu)越的環(huán)氧噴涂無粘結(jié)鋼絞線斜拉索體系，索采用φs15.2 mm環(huán)氧噴涂鋼絞線成品索，兩端采用可換索式250AT錨具。

3.5下部基礎

索塔基礎采用直徑為1.8 m的鉆孔樁群樁基礎。左右幅均采用矩形承臺，承臺尺寸為36.3 m× 16.38 m，厚度為4 m，二承臺厚度為2 m。根據(jù)地勘報告，第⑦層作為橋梁樁基持力層，樁長90 m。

主引橋過渡墩及引橋中墩直徑為1.5 m的鉆孔樁群樁基礎。

橋臺基礎采用直徑為1.2 m的鉆孔樁群樁基礎。

4　關鍵結(jié)構(gòu)處理

4.1隧道對下部基礎布置的影響

東運河橋左右幅分別位于北三環(huán)地道南北兩側(cè)，目前地道工程以及兩側(cè)接線道路的機動車道均已施工完畢，若采用常規(guī)的基礎布置方式，需要將橋幅橫向向道路外側(cè)平移，從而突破了道路紅線。且兩側(cè)接線道路的部分路段由于機動車道的外移引起的道路銜接問題，需要重新施工。

因此采用基礎集中布置的鉆石型橋塔的方式。但由此也帶來下塔柱剛度大、地震響應大、樁基抗震性能較差的后果，設計通過設置樁基抗震鋼護筒、下塔柱設凹槽減重以及橫橋向阻尼器等方法，來滿足結(jié)構(gòu)受力的需求。

圖3　1/2結(jié)構(gòu)標準斷面（左幅）（單位：mm）

圖4　1/2斜拉索橫梁斷面（左幅）（單位：mm）

4.2隧道對下部基礎施工的影響

由于索塔的樁基與隧道的最小凈距僅有3 m，承臺大開挖的深度部分達到10 m之多，因此施工期間，隧道面臨著樁基施工帶來的沉降、左右不均勻開挖造成的不平衡土壓力以及井點降水的危險。

施工時，采取了隧道兩側(cè)土體內(nèi)注漿加固的方法，對樁基與隧道間的土體進行了加固；并在基坑邊緣打人鋼板樁、設置圍擋及斜撐，對邊坡進行了加固。

圖5　索塔立面構(gòu)造圖（單位：mm）

5　結(jié)語

在城市景觀橋梁飛速發(fā)展的今天，對于如何處理造型與結(jié)構(gòu)合理性、景觀與環(huán)境協(xié)調(diào)性間的關系，一直是一個值得探討、研究的問題。作為城市景觀橋梁，本項目在對造型的結(jié)構(gòu)處理上，基本實現(xiàn)了和諧統(tǒng)一，使景觀特點鮮明、結(jié)構(gòu)合理新穎。希望本橋的建成，不僅成為鄭東新區(qū)的一處地標，也能為進一步促進城市景觀橋梁的合理發(fā)展提供借鑒。

圖6　索塔斷面構(gòu)造圖（單位：mm）

［1］JTG/T D65-01-2007，公路斜拉橋設計細則［S］.

［2］項海帆.高等橋梁設計理論［M］.北京:人民交通出版社，2001.

U448.27

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1009-7716（2016）01-0068-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.020

2015-09-02

張彥（1980-），女，上海人，工程師，從事橋梁設計工作。